D. G. Berlin - Fakten Wissen Denkblasen?

Wäre da ein winziges Übergewicht der einen über die andere Energieart in der Größenordnung von nur etwa 10^-18 gewesen, wäre das Universum so schnell expandiert, dass es schon lange verschwunden wäre oder die Gravitation hätte es schon vor langer Zeit kollabieren lassen. Die Größe Omega, die für das Verhältnis von kinetischer zu Gravitationsenergie steht, muss von Beginn an 1 betragen haben. Das Urknallmodell der modernen Physik hat dafür keine Erklärung.

Obwohl in relativ kleinen Raumbereichen mit Sternen, Galaxien oder Galaxiengruppen unterschiedliche Strukturen und eine unterschiedliche Verteilung der materiellen Strukturen zu verzeichnen sind, bietet das Universum großräumig eine sehr gleichförmige Materieverteilung. Man sagt, das Universum sei homogen und isotrop. Warum aber sind entgegengesetzte Gebiete des Universums in einem solchen Maße einander gleich. Quasare in etwa 12 Milliarden Lichtjahren Distanz sind, wenn sie sich in entgegen gesetzten Regionen befinden, 24 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt. Zwischen solchen Regionen konnte zu keinem Zeitpunkt ein Austausch stattfinden, da die jeweilige Distanz immer größer war, als das Licht sie hätte überbrücken können.

Welcher Prozess hat also für die Homogenität gesorgt? Das Urknallmodell hat darauf keine Antwort.

Ebenso wenig kann es Auskunft geben auf die Frage, woher denn die winzigen Inhomogenitäten stammen, die es schon sehr früh gegeben haben muss, da es sonst keine Galaxien und Sterne geben würde.

Mit großem finanziellen, materiellen und intellektuellem Aufwand haben die Forscher die so genannte Hintergrundstrahlung, die den sehr frühen Zustand des Universums repräsentieren soll, vermessen. Der Satellit Cosmic Background Explorer – COBE – hatte dazu erste Messungen vorgenommen. Die Euphorie war groß, waren doch in den Daten tatsächlich Inhomogenitäten in Form von Temperaturunterschieden aufgetaucht. Sie hatten eine Winkelauflösung von etwa 10 Grad bei einer mit COBE maximal möglichen Auflösung von etwa 7 Grad.

Obwohl die gesuchten Fluktuationen erst bei einer Winkelauflösung von 2 Grad auffindbar sein sollten, meinten die Forscher, die für die großräumige Strukturbildung notwendigen Inhomogenitäten gefunden und mit der aus den COBE-Daten abgeleiteten bunten Grafik der staunenden Welt ein Bild vom sehr frühen Universum gezeichnet zu haben.

Die berühmte Grafik, die die Wissenschaftler mit den Daten der COBE-Mission gestaltet haben wollen, findet man im Original beim NASA Goddard Space Flight Center unter https://science.nasa.gov/missions/cobe

Offensichtlich hatten die Forscher dabei schon kräftig „in die Farbkiste greifen“ müssen, um die Dinge überhaupt anschaulich machen zu können.

„Eigentlich grenzte die Präsentation des Originalbildes für die Medien fast schon an Betrug. Diese Karten sahen eindrucksvoller aus als die dahinter stehenden Ergebnisse. Die meisten Schwankungen in dem Bild, die diese einzigartigen Kleckse und Fransen hervorbrachten, stammen nämlich von der Zufallsstrahlung des Mikrowellendetektors selbst.“

(Brian Clegg, Vor dem Urknall; rowohlt digitalbuch)

Wäre dies durch Vergleiche bei unterschiedlichen Wellenlängen und durch statistische Analyse ausgeglichen worden, schreibt Clegg weiter, wäre nicht mehr viel übrig geblieben von den Inhomogenitäten. Die Reaktion der Medien auf die COBE-Ergebnisse seien angeheizt worden „… durch die Kommentare von Wissenschaftlern, die es eigentlich besser hätten wissen müssen.“ (a. a. O.) Clegg lastet das in besonderem Maße Stephen W. Hawking an, der damals die COBE-Resultate als die größte Entdeckung des Jahrhunderts, wenn nicht gar aller Zeiten definiert haben soll.

Eine ziemlich flache Bemerkung, wenn man an Entdeckungen wie die der Relativität, der Quantenphysik, der Galaxien außerhalb der Milchstraße, der Expansion, der Schwarzen Löcher, der großräumigen Strukturen im Universum oder gar der DNS oder der Gene denkt, von der Gravitation, der Evolution, der Elementensystematik und der Radioaktivität ganz zu schweigen, um nur einige zu nennen.

Fast muss man wohl tatsächlich angesichts der Qualität der COBE-Daten und der Kühnheit ihrer Interpretationen von Betrug sprechen. Wer es nicht gar so hart möchte, kann es ja gern als Täuschung bezeichnen. Für Ehrlichkeit und wissenschaftliche Akribie würde das trotzdem nicht sprechen. Immerhin gab es dafür ‘nen Nobelpreis. Schon merkwürdig, wofür man alles diesen Preis erhalten kann. Das sollte Mut machen.

Mit den Höhenballons Boomerang und Maxima wurden dann genauere Messungen der Hintergrundstrahlung vorgenommen. Deren Messgeräte hatten mit 0,3 Grad (Boomerang) und 1/6 Grad (Maxima) eine weitaus höhere Auflösung. Aber Boomerang erfasste gerade mal 3 Prozent des Hintergrundes, Maxima gar nur 3 Promille. Die dabei festgestellten Inhomogenitäten hatten eine Ausdehnung von erfreulichen 1 Grad.

2001 startete die amerikanische Raumsonde WMAP zu ihrer Vermessungsmission. Aus deren Daten entstand dann ein schon wesentlich filigraneres Bild der Hintergrundstrahlung mit Temperaturunterschieden von 20 Millionstel Grad.

Das NASA/WMAP Science Team fertigte daraus eine Grafik, die man im Original unter https://map.gsfc.nasa.govbesichtigen kann.

Da wussten die Physiker aber schon, dass diese von ihnen „gemessenen“ Inhomogenitäten nur dann zu einem möglichen zeitlichen Ablauf der Strukturbildung und überhaupt zu den zu beobachtenden Strukturen der Galaxien und Sternen passen, wenn es die Dunkle Materie, die Dunkle Energie und den exotischen Prozess der kosmischen Inflation gegeben hat.

Das sind aber vorläufig noch immer Annahmen, Konstruktionen, Erfindungen und keine Beobachtungsfakten. Sie scheinen dringend notwendig zu sein, um einige kosmologische Beobachtungen erklären zu können. Aber sie sind noch mehr Wunschvorstellungen, es möge sie doch bitte, bitte geben, weil – ohne sie ist die moderne Kosmologie ziemlich hilflos.

Die Dunkle Materie sorgte, da sie nicht mit elektromagnetischer Strahlung reagiert, aber Schwerkraft ausübt, dafür, dass sich die Materie um die Inhomogenitäten schneller zusammenballen konnte und so die Entstehung der Galaxien ermöglichte. Die Dunkle Energie hält mit ihrer abstoßenden Wirkung die Galaxien auf notwendigen Abstand und lässt den Raum trotz Gravitation expandieren. Die Inflation, also die plötzliche exponentiellen Aufblähung des Raumes auf das 10^x-fache in der Frühphase der Expansion, macht das Universum flach und sorgt auch mit Hilfe von Quantenfluktuationen für Anfangs-Inhomogenitäten der notwendigen Größe.

Sie macht jedoch auch die Einführung eines speziellen Quantenfeldes notwendig. Die Teilchen des Feldes heißen Inflatonen. Die existierten ausschließlich in dieser ganz frühen Phase des Universums und wurden seitdem nie wieder gesehen. Das heißt, sie wurden noch nie gesichtet und werden das auch nie. Muss ich noch ausdrücklich erwähnen, dass die Herkunft des Feldes unklar ist, wie seine Existenz auch nicht nachgewiesen, es also eine reine Konstruktion ist?

Im März 2014 schien aus der Konstruktion Inflation ziemlich plötzlich doch Realität zu werden. Da wurde nämlich verkündet, es sei nunmehr erstmals ein Beweis für diesen außerordentlich stürmischen Prozess gefunden worden. Wissenschaftler des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysik hätten mit der am Südpol stationierten BICEP2-Anlage die Polarisierung der Hintergrundstrahlung untersucht. Dabei sei man auf einen deutlich höheren Wert der so genannten B-Modi gestoßen. B-Modi sind bestimmte Polarisationsmuster, die von starken Turbulenzen stammen könnten, die ihrerseits von der Inflation im frühen Kosmos zeugen würden. Man sei sehr sorgfältig vorgegangen, habe, um Fehler zu vermeiden, die Messungen wiederholt und die Ergebnisse drei Jahre lang überprüft.